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Prof. SeabraPSI/EPUSP

Diodo IdealAula 5


Aula Matéria Cap./página1ª 16/02 Introdução, Revisão de circuitos com Amp. Op. O 1º Amp Op Comercial. Encapsulamento do Amp Op, O Amp Op ideal,Análise de circuitos com Amp Ops ideais. Exemplo 2.2 Listas de Circ. Elét.Cap. 2 - p. 38-46Apêndice B, p.810-142ª 19/02 Somador, Configuração não inversora, seguidor, amplificador de diferenças. Exercício 2.15 Sedra, Cap. 2p. 46-533ª 23/02 Amplificador de instrumentação, Funcionamento dos Amp Ops Não-Ideais. Exemplo 2.3 e 2.4 Sedra, Cap. 2p. 53-594ª 26/02 Operação dos Amp Ops em grande excursão de sinal, imperfeições cc, circuitos integrador e diferenciador. Exemplo 2.6. Sedra, Cap. 2p. 59-735ª 01/03 Diodo ideal, características do diodo real, equação de corrente do diodo, exercícios. Sedra, Cap. 3 p. 89-96 6ª 04/03 Análise gráfica (reta de carga), modelos simplificados de diodos, exercícios Sedra, Cap. 3 p. 96-99 7ª 08/03 Modelo para pequenos sinais, modelos de circuitos equivalentes para pequenas variações (próximas do ponto quiescente), exercícios (exemplos 3.6 e 3.7) Sedra, Cap. 3 p. 100-103 8ª 11/03 Operação na região de ruptura reversa, diodo zener, Projeto de um regulador Zener, exercícios (exemplo 3.8) Sedra, Cap. 3 p. 104-106 9ª 15/03 Diagrama de blocos de uma fonte de alimentação c.c., circuito retificador de meia onda, circuito retificador de onda completa com enrolamento secundário com tomada central, exercícios: 3.22. Sedra, Cap. 3 p. 106-109 10ª 18/03 Aula de ExercíciosSemana Santa (21/03 a 25/03/2016)1a. Semana de provas (28/03 a 01/04/2016)Data: xx/xx/2016 (xxxx feira) – Horário: xx:xxh

Eletrônica I – PSI3321Programação para a Primeira Prova

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5ª Aula: Apresentar o Diodo na sua forma Ideal

Ao final desta aula você deve estar apto a:

- Reconhecer um diodo e seus terminais e explicar como ele funciona (idealmente)- Explicar as diferenças entre um diodo real e um diodo ideal- Determinar o estado de funcionamento de um diodo e calcular valores estimados de

tensões e correntes em circuitos com diodos empregando modelos idealizados- Explicar como funcionam portas lógicas com diodos- Identificar as três regões de operação de um diodo real- Usar a lei do diodo para prever seu comportamento na região de operação direta- Determinar tensões e correntes em circuitos com diodo empregando a lei do diodo- Explicar o comportamento do diodo real em função da temperatura- Realizar análises gráficas de comportamento de circuitos com diodos quando submetidos a

variações de parâmetros


Um diodo e um AO(O superdiodo)

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O Diodo

Prof. SeabraPSI/EPUSP 112

Um Modelo para o DiodoO DIODO IDEAL

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Qual a tensão sobre o diodo e a corrente que flui por ele?

Aplicando o Modelo IDEAL em circuitos com Diodos


Qual a tensão sobre o diodo e a corrente que flui por ele?

Aplicando o Modelo IDEAL em circuitos com Diodos

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Figura 3.3 (a) Circuito retificador. (b) Forma de onda de entrada. (c) Circuito equivalente para vI > 0. (d) Circuito equivalente para vI < 0. (e) Forma de onda de saída.

Aplicando o Modelo IDEAL para o Diodo


Exercício 3.1 Para o circuito da Figura acima abaixo a característica de transferência de vO versus vI.


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Aplicando o Modelo IDEAL para o DiodoExercício 3.2 Para o circuito na Figura abaixo esboce a forma de onda de vD


Figura 3.4

EXEMPLO 3.1A Figura 3.4(a) mostra um circuito de carga de bateria de 12 V. Se a amplitude de vS, senoidal, for de 24 V de pico, determine a fração de tempo de cada ciclo durante o qual o diodo conduz. Determine também o valor de pico da corrente no diodo e a tensão de polarização reversa máxima que aparece sobre o diodo.


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24 cos θ = 12

Id = 24 − 12100 = 0,12A

SOLUÇÃO Exemplo 3.1

O diodo conduz quando vS excede o valor de 12 V, conforme mostra a Figura 3.4(b). O ângulo de condução é de 2θ, onde θ é dado por

Portanto, θ = 60° e o ângulo de conducão é de 120° ou um terço de um ciclo.O valor de pico da corrente no diodo é dado por

A tensão reversa máxima sobre o diodo ocorre quando vS está no seu piconegativo e é igual a 24 + 12 = 36 V.


Portas Lógicas com DiodosQuais as funções lógicas executadas em a) e em b)?

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EXEMPLO 3.2Supondo os diodos ideais, calcule os valores de I e V nos circuitos da Figura 3.6.


EXEMPLO 3.2Supondo os diodos ideais, calcule os valores de I e V nos circuitos da Figura 3.6.

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Façam exercícios 3.4 e 3.5.

I, V ?


Figura 3.7 The i–v characteristic of a silicon junction diode.

Diodo Ideal Diodo Real

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Diodo Real

)1( / −= TD nVvSD eIi


=SI

=TV

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Diodo Real


Corrente no diodo Tensão no diodo

Corrente de saturaçãon = fator de idealidade ( 1 ≤ n ≤ 2)

k T/q k = Constante de Boltzmann = 1,38x10 J/K-23

T = Temperatura em kelvin = (273+T(ͦ C))q = carga do elétron = 1,6x10 C-19=

TV 25,8 mV

(25 ͦ C)=

TV 25 mV

Equação da Corrente no Diodo (lei do diodo):

Tensão Térmica

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1

212 log3,2

II

nVVV T=−

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+= 1lnS

DTD I

inVv

( )SDTD IinVv ln≅

Diodo Real

Apresentando a Lei do Diodo de outra forma:



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Diodo Real

Exemplo 3.3: Um diodo de silício, feito para operar com 1 mA, apresenta uma queda de tensão direta de 0,7 V para umacorrente de 1 mA. Avalie o valor da constante IS nos casos em que n seja 1 ou 2. Que constantes de escalamento (n=1; n=2) você aplicaria para um diodo de 1 A do mesmo fabricante queconduz uma corrente de 1 A para uma queda de 0,7 V?

D TnVD SI I e= V / D TnV

S DI I e−= V /

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Diodo Real

Exemplo 3.3:

Para o diodo de 1 mA:Se n = 1: IS = 10˗3e-700/25 = 6,9 × 10-16 A ou cerca de 10-15 ASe n = 2: IS = 10-3e-700/50 = 8,3 × 10-10 A ou cerca de 10-9 A

O diodo conduzindo 1 A para uma queda de 0,7 V corresponde a 1000 diodos de 1 mA em paralelo com uma seção de junção 1000 vezes maior. Portanto, IS também é 1000 vezes maior, tendo 1 pA e 1 mA, respectivamente para n = 1 e n = 2.

Deste exemplo deve ficar evidente que o valor usado para n pode ser muito importante.



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Os valores de IS e VT dependem da Temperatura

Diodo RealA dependência com a Temperatura

• “IS” (IS+Ifuga) dobra a cada 10°C de aumento da TemperaturaPortanto para o mesmo VD, ID aumenta com o aumento da Temperatura

• Na soma dos efeitos, para o mesmo VD, ID aumenta com a temperatura, ou, para o mesmo ID,

2 ref

T2 Tref

T -T102S SI I

=

• Variação com VT : kT/q !!! Portanto para o mesmo VD, ID diminui com o aumento da Temperatura

•VD diminui 2mV a cada 1°C de aumento da Temperatura12

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Figura E3.9

Exercício 3.9: O diodo no circuito da Figura E3.9 é de um dispositivo grande, capaz de conduzir altas correntes. Suacorrente de fuga reversa é razoavelmente independente da tensão. Se V = 1 V a 20°C, calcule o valor de V a 40°C e a 0°C.


TnVSD eII /vD=

RVV

I

VIRV

DDDD

DDDD

−=

+= .

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Diodo RealA Análise pelo Modelo Exponencial

Aplicando a lei das malhas:

Pelo modelo Diodo Ideal:VD = 0

ID = VDD/R

(2)

(1)

1

2

Sistema de equações

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TnVSD eII /vD=

RVV

I DDDD

−=

133

Exemplo 3.4: Determine os valores da corrente ID e da tensão VD para o circuito abaixo com VDD = 5 V e R = 1 kΩ. Suponha que a corrente do diodo é de 1 mA para uma tensão de 0,7 V, e que a queda de tensão varia de 0,1 V para cada década de variação na corrente.

Diodo RealExemplo 3.4: A Análise pelo Modelo Exponencial


1

212 log3,2

D

DTDD I

InVVV =−

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Lembre-se que:

mA3,41

7,05

12

=−=

−=R

VVI DDDD

763,0log1,07,0V1

2D2 =+=

D

D

II

V762,0 3,4

237,4log1,0763,0V

mA237,41

763,05

D3

3

=

+=

=−=DI

Exemplo 3.4: A solução tem que ser iterativa!!!

Para I = 4,3mA, qual o novo VD2?

e neste exercício 2,3nVT = 0,1V!!!

Para I = 1mA, VD1 = 0,7V:

Quando se emprega a lei do diodo chamamos a solução de solução exata

5V1k

Diodo RealExemplo 3.4: A Análise pelo Modelo Exponencial

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TnVSD eII /vD=

RVV

I DDDD

−=

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3

Diodo RealExemplo 3.4: A Análise Gráfica

Sistema de equações

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